某6MW屋頂光伏發電站建設實踐研究

摘要：以廣州某6 MW屋頂光伏發電站建設項目為例，分析了該項目建設的可行性，提出了該屋頂變電站的具體建設方案，包括光伏組件選型、逆變器容量及連接方式選擇、光伏方陣設計等，為廣州地區屋頂中型光伏發電站的建設提供了參考。

關鍵詞：光伏發電站;光伏組件;逆變器;光伏方陣

1 建設屋頂光伏發電站的可行性分析

1.1? ? 太陽能資源充足

某6 MW屋頂光伏發電站項目坐落于廣州市從化區，地處北緯23°32′，東經113°34′，從化全年日照時數達1 673～1 718 h，通過檢索NASA數據庫可知，該地區22年來的太陽總輻射平均值為4 857 MJ/m2，太陽能資源豐富，可滿足光伏組件、逆變器等相關設備的運行要求。

1.2? ? 工程地質條件允許

該項目按國家標準《建筑工程抗震設防分類標準》（GB 50223—2008）以及《建筑物抗震設計規范》（GB 50011—2010）等要求，進行抗震設計。場地地殼基本穩定，適合工程建設。

1.3? ? 當地電力網絡發達，負荷需求穩步增長，光伏并網無憂

廣州2020年全社會用電量達到1 250億kWh，“十三五”期間用電量年均增長5.0%，最大負荷將達到2 460萬kW，“十三五”期間負荷年均增長率為5.1%。

廣東省政府網站公布的《廣東省人民政府辦公廳關于促進光伏產業健康發展的實施意見》指出：“到2020年，我省光伏制造業持續穩健發展，產業技術水平和自主創新能力位居全國前列，分布式光伏發電應用得到有效拓展。全省光伏發電總裝機容量爭取2020年達到400萬kW。”

1.4? ? 屋頂資源豐富

該項目可利用的屋頂面積合計57 338 m2，屋面多采用彩鋼板制作，為光伏組件的安裝提供了便利。

2 建設方案的確定

2.1? ? 光伏組件選型

當前市場上可供選擇的光伏組件有單晶硅太陽電池、多晶硅太陽電池、非晶硅太陽電池、多元化合物太陽電池，其中多元化合物太陽電池尚未得到工業化生產，很少采用。常見的光伏組件性能對比如表1所示。

組件功率越大，系統效率越高，且大功率組件安裝更快速、簡便，減少了設備的安裝材料、系統連線費用，降低了線損。因此，光伏組件的選型優先考慮效率高的大功率光伏組件，本項目綜合考慮屋面荷載以及投資費用，選用305 Wp的單晶硅光伏組件。

2.2? ? 逆變器容量及連接方式選擇

當前逆變器主要有集中式逆變器和組串式逆變器兩種。

集中式逆變器：設備功率在50～630 kW，一般為500 kW和630 kW，功率器件采用大電流IGBT，系統拓撲結構采用DC-AC電力電子器件變換全橋逆變、工頻隔離變壓器的方式。

組串式逆變器：功率一般不大于50 kW，功率開關管采用小電流的MOSFET拓撲結構采用DC-DC-BOOST升壓和DC-AC全橋逆變兩級電力電子器件變換。組串式逆變器和集中式逆變器比較如表2所示。

根據目前的逆變器技術水平及市場價格，綜合考慮可靠性、實用性、靈活性等要求，結合本項目的裝機容量及設備運輸條件，決定選用50 kW組串式逆變器和500 kW集中式逆變器相結合的方式。

2.3? ? 結合屋頂資源現狀進行設計

該項目企業的分揀車間1、分揀車間2、配送倉庫1、配送倉庫2為彩鋼瓦屋面，且屋面結構形式一致，屋面方位角為2°，屋面傾角4°，光伏組件與屋面方位角一致且沿屋面傾斜角安裝。停車場新建光伏車棚方位角為0°，車棚傾斜角設計為3°，利用光伏組件作為車棚的天面。輪胎堆場新建鋼結構廠房方位角為0°，屋面傾斜角設計為3°，光伏組件沿屋面傾角安裝。該項目基本配置如表3所示。

2.4? ? 光伏方陣設計

2.4.1? ? 光伏組件的串/并聯設計

設計原則：

（1）光伏組件串聯形成的組串、輸出端電壓的變化范圍必須與逆變器的輸入電壓范圍相符。

（2）并聯連接的全部光伏組件串的總功率應大于逆變器的額定功率。

（3）光伏組件組串后，最高輸出電壓不允許超過光伏組件自身要求的最高允許系統電壓。

2.4.2? ? 光伏組件串的串聯數計算

在光伏方陣中，同一光伏組件串中各光伏組件的電性能參數宜保持一致，光伏組件串的串聯數應按下列公式計算：

式中：Kv為組件的開路電壓溫度系數;K′ v為組件的工作電壓溫度系數;N為組件的串聯數（N取整數）;t為組件工作條件下的極限低溫（℃）;t′為組件工作條件下的極限高溫（℃）;Vdcmax為逆變器允許的最大直流輸入電壓（V）;Vmpptmax為逆變器MPPT電壓最大值（V）;Vmpptmin為逆變器MPPT電壓最小值（V）;Voc為組件的開路電壓（V）;Vpm為組件的工作電壓（V）。

本項目采用的是單晶硅光伏組件，采用24塊組件串聯。

2.4.3? ? 光伏組件串的并聯路數計算

根據逆變器容量及光伏組件串的容量確定并聯數。光伏組件串的并聯個數計算公式如下：

式中：Np為組件串并聯個數;Po為系統輸出總功率（Wp）;Pm為單個組件最大輸出功率（Wp）;Ns為組件串聯個數。

本項目每臺50 kW逆變器取7路或8路輸入，每臺500 kW逆變器取15路或16路輸入。

2.4.4? ? 光伏陣列的間距計算

固定式布置的光伏方陣，在冬至日當天09：00—15：00太陽不被遮擋的間距可根據以下公式計算：

式中：L為陣列傾斜面長度;D為兩列陣列之間的距離;β為陣列傾角;？準為當地緯度。

根據《廣州市太陽能光伏發電建筑應用設計導則》，彩鋼板屋面由于荷載的原因不設帶傾角的支架，直接平鋪在屋面上，不存在光伏電池組件相互遮擋的問題。彩鋼板屋面固定支架光伏組件方陣實施效果如圖1所示。

3 結語

本文介紹的某6 MW屋頂光伏發電站建設項目，緩解了日趨緊張的電力供需矛盾，改善了電網結構，能夠利用當地的自然潔凈能源為企業用戶的生產運行提供有力的幫助，促進當地經濟穩定發展，在光伏發電行業起到示范和推動作用，具有較好的社會效益和經濟效益。

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收稿日期：2020-07-24

作者簡介：李春松（1970—），男，湖南瀏陽人，工程師，從事發電廠、變電站的電氣設計工作。